Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Построена и верифицирована теоретическая модель продольного приэкваториального резонатора для ионно-ионных гибридных (ИИГ) волн в магнитосферной плазме, состоящей из протонов, ионов кислорода и ионов гелия. Теоретически была получена структура ИИГ-волны вдоль магнитной силовой линии. В окрестности геомагнитного экватора может быть сформирован резонатор, являющийся резервуаром энергии. Структура ИИГ-волн формируется в результате суперпозиции собственных гармоник резонатора. Найден спектр частот гармоник, возбуждаемых внутри резонатора, спектр плотный, что приводит к формированию биений. Полученный спектр частот был сопоставлен с данными наблюдения структурированной волны диапазона Рс1, зарегистрированной спутником Van Allen Probe A 14 июля 2014 года. Во время наблюдения волны плазма магнитосферы была обогащена ионами кислорода и гелия в высоких концентрациях. Моделирование частот показало, что собственные частоты приэкваториального резонатора для ИИГ-волн соответствуют наблюдаемой частоте волны. Рассчитанная разница между частотами различных гармоник соответствует периодам модуляций наблюдаемой волны Рс1. Также были проведены оценки размера резонатора. Спутник, проходя на угловом расстоянии 12-13 градусов северной широты, находился на краю области резонатора, что позволило ему зарегистрировать более высокие собственные гармоники с продольным волновым числом n ~ 10. Исследовано поведение параметров, определяющих дисперсию (расплывание волнового пакета) кинетических альфвеновских волн в магнитосферной плазме в области пересечения плазмосферы и кольцевого тока. Найдено, что во внутренней области плазмосферы поперечная дисперсия кинетических волн определяется поправками, связанными с конечной инерцией электронов, а во внешней области плазмосферы и во внешней магнитосфере - поправками, связанными с учетом конечного гирорадиуса частиц плазмы. Кинетический масштаб соответствует гирорадиусу плазменной компоненты с наибольшим вкладом в газокинетическое давление плазмы. Обнаружено, что в присутствии горячих протонов кольцевого тока положение центра диссипативного слоя смещается к внутренней границе кольцевого тока. Показано, что поглощение волн частицами плазмы является эффективным в тех областях, где выполняется условие черенковского резонанса для взаимодействия волн и частиц. Моделирование показало, что это область плазмосферы, прилегающая к плазмопаузе, для тепловых электронов с энергиями ~ 2 эВ, способными генерировать стабильные красные дуги полярных сияний (SAR-дуги), и внутренняя граница кольцевого тока и внешняя граница плазмопаузы - для протонов кольцевого тока с энергиями ~ 10-100 кэВ. В магнитосфере Земли существуют области, в которых распределение полоидальных и тороидальных собственных частот имеет экстремумы – максимум или минимум. В данных областях возможно формирование альфвеновских резонаторов – областей, ограниченных в поперечном направлении точками поворота, а в продольном (вдоль силовых линий магнитного поля) – проводящей ионосферой, в которых возможна генерация и поддержание запертых внутри стоячих волн. Известно, что при учёте конечного давления плазмы в области максимума (вблизи внешней стороны плазмопаузы) возможно формирование полоидального резонатора. Для исследования случая наблюдения полоидального резонатора спутником Van Allen Probes 23 октября 2012 г. был использован метод «фазовых портретов», представляющий собой совокупность графиков электрического/магнитного поля альфвеновской волны, а также их разности фаз. На основе теоретического описания магнитосферных МГД-волн построено аналитическое решение для собственных мод полоидального альфвеновского резонатора. Показано, что разности фаз отдельных монохроматических гармоник наблюдаемых колебаний имеют квазипериодическую структуру, что позволило подтвердить их резонаторную природу, а аналитически рассчитанные компоненты магнитного поля вдоль траектории движения спутника качественно совпадают с данными спутниковых наблюдений. На основе сопоставления теоретических расчетов структуры поперечных компонент магнитного поля c данными наблюдений выдвинуто предположение, что основной вклад в наблюдаемых колебаниях вносят вторая и четвёртая собственные гармоники полоидального резонатора. Исследовано волновое событие диапазона Pc4-5, наблюдаемое в данных спутников THEMIS в условиях интенсивной суббуревой активности. Во время волновой активности зарегистрировано увеличение потоков энергичных протонов и электронов, инжектированных во время серии суббурь. Детально исследованы две УНЧ-волны: тороидальная волна (колебания магнитного поля происходят преимущественно в азимутальном направлении) диапазона Pc5 и полоидальная волна (колебания магнитного поля происходят преимущественно в радиальном направлении) диапазона Pc4 . Установлено, что волна Pc5 с частотой около 3 мГц генерировалась внешними источниками, колебаниями плотности и скорости солнечного ветра, азимутальное волновое число составило 𝑚 ~ 15, т.е. волна распространялась в вечернем секторе в антисолнечном направлении. Волна зарегистрирована во время поздней восстановительной фазе суббури. Установлено, что полоидальная волна с частотой около 15 мГц, регистрировалась в вечернем секторе на внешней границе кольцевого тока (L~7,5-6,5 радиусов Земли) в период его максимальных значений и на восстановительной фазе суббури. Волна являлась второй гармоникой стоячей вдоль силовых линий альфвеновской волны. Азимутальное волновое число составило ~ -90. Отрицательное значение указывает, что волна распространялась преимущественно на запад в направлении дрейфа ионов. Волна была сгенерирована неустойчивым распределением энергичных протонов, находясь в баунс-дрейфовом резонансе с протонами с энергией около 50 кэВ.